EP1004858A1 - Filling level gauge - Google Patents

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Publication number
EP1004858A1
EP1004858A1 EP98122614A EP98122614A EP1004858A1 EP 1004858 A1 EP1004858 A1 EP 1004858A1 EP 98122614 A EP98122614 A EP 98122614A EP 98122614 A EP98122614 A EP 98122614A EP 1004858 A1 EP1004858 A1 EP 1004858A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
float
conductor
measuring device
signals
level
Prior art date
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Ceased
Application number
EP98122614A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Wolfram Dipl.-Ing. Lütke
Joachim Dipl.-Phys. Neuhaus
Ralf Dipl.-Ing. Reimelt
Werner Dr. Thoren
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Endress and Hauser SE and Co KG
Original Assignee
Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Endress and Hauser SE and Co KG filed Critical Endress and Hauser SE and Co KG
Priority to EP98122614A priority Critical patent/EP1004858A1/en
Priority to US09/447,189 priority patent/US6229476B1/en
Priority to CA 2290266 priority patent/CA2290266A1/en
Priority to JP33467899A priority patent/JP3220124B2/en
Priority to CN 99124390 priority patent/CN1257995A/en
Publication of EP1004858A1 publication Critical patent/EP1004858A1/en
Ceased legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/284Electromagnetic waves

Definitions

  • the invention relates to a level measuring device for measurement a level of a liquid in a container the electromagnetic signals towards the Product surface is sent and the echo is received. A transit time is determined which is a signal for the route to the product surface and back and from that the Level determined.
  • Level meters are used in a variety of applications, both in warehousing and in manufacturing Industry, e.g. in chemistry, in the food industry and can be used in the oil industry.
  • microwaves Level gauges commercially available. These devices are divided into two classes; a first class, where the microwaves are directed in the direction of an antenna of the product, reflected on the product surface and then after a distance-dependent runtime be received again and a second class in which the Microwaves along a waveguide in the direction of the Fill goods are guided, due to the surface of the product of the impedance jump existing there are reflected and the reflected waves along the waveguide out of the container.
  • Both a single and a waveguide can be used two or more conductors arranged parallel to each other serve that go from a point above the highest to measuring level down into the container extend.
  • An electronic circuit for generating the electromagnetic signals and a receive and Evaluation circuit is e.g. described in EP-A 780 665.
  • the signals are short electromagnetic impulses at the Surface of the product to be reflected.
  • the share of Signals that are reflected depend on the Difference in dielectric constant from the product and the medium above the product.
  • the level meter described is not functional.
  • Oil has a dielectric constant of about 2, the air typically above the oil Dielectric constant of 1.
  • DE-A 44 19 462 is a working with microwaves Level measuring device described in which microwaves in one into a container protruding still pipe sent become.
  • the surge pipe serves as a waveguide for the Microwaves. It is specified for applications where the product has a low dielectric constant has a float with a highly reflective To provide surface in the surge pipe.
  • a stillpipe represents a large bulky and therefore unwieldy component and can therefore not be used if there is little space and / or one for an opening provided for a level meter has a small diameter.
  • the installation of a Stillpipe is complex and expensive. Furthermore, e.g. in applications where the stillpipe with viscous and / or sticky media is in contact regular cleaning may be necessary to ensure that the Float remains free to move.
  • the float is a hollow body and the electromagnetic wave reflecting portion is a metallic or metallic coated Shell surface of the hollow body.
  • the section is one inside electromagnetic signals arranged by the float reflective surface.
  • the section is a vertical one electromagnetic to an axis of the conductor Surface reflecting signals.
  • the float consists of a Material with a high dielectric constant, that reflecting electromagnetic waves.
  • the coupling is on one opposite end of the conductor provided a holder which the swimmer lies on when the Liquid surface is located below the bracket.
  • the float surrounds you cylindrical section of the conductor on all sides.
  • the reflective Section on a reflective surface that matches the Product surface lies in one plane.
  • Such a level meter offers the advantage that also for liquids with low dielectric constants reliable measurements are possible.
  • Fig. 1 is a first embodiment of a Level meter according to the invention shown. It serves for measuring a level of a liquid 1 in a Tray 3.
  • the fill level measuring device comprises an outside of the container 3 arranged housing 5 to which a conductor 7 is connected, which protrudes into the container 3. It's one with that Housing 5 connected coupling 9 provided, as in Fig. 1 is only shown schematically in one Opening of the container 3 is mounted.
  • the coupling 9 can e.g. have an external thread, by means of which they in an internal thread arranged in the opening can be screwed in or it may have a flange that is on a the opening surrounding the counter flange can be fastened.
  • Other Types of fastening known to the person skilled in the art are also conceivable.
  • the conductor 7 is inside the coupling 9 from the housing 5 led into the container 3.
  • the conductor 7 is e.g. on mechanically rigid rod or a mechanically rigid wire.
  • a tensioned rope can also be used in the same way, one end of the housing 5 or the coupling 9 and the other end of which is attached to a bottom of the container is. Instead of attaching the other end to the Container bottom can also have a weight at the other end be attached, through which the rope is tensioned.
  • a float 11 On the head 7, a float 11 is provided, which on the liquid floats and thus with the level in the Container 3 runs along.
  • the fill level is in FIG. 1 represented schematically by wavy lines.
  • An electronic circuit 13 which in Operation generates electromagnetic signals S. These signals S are from the circuit 13 via the coupling 9 transfer the conductor 7 and along the conductor 7 in the Container 3 led into it.
  • the float 11 has at least one electromagnetic Signals reflecting section in which a share of the signal S is reflected.
  • One on the float 11 reflected signal R is via the conductor 7 from the Container 3 led out.
  • the reflected signal R is a receive and Evaluated circuit 15, which receives this one Runtime of the electromagnetic signal S from Electronics 13 to the float 11 and the reflected Signal R from the float 11 to the receiving and Evaluation circuit 15 determines and from it the level determined.
  • the propagation speed of the electromagnetic Signals and the distances between the electronics 13 and the Container bottom and between the receiving and Evaluation circuit 15 and the container bottom are either known anyway or can by simple Reference measurements can be obtained. With this data results the amount of the measured runtime reflective section of the float 11 above the Tank bottom and thus the fill level.
  • the float is 11th a flat hollow disk-shaped hollow body with a Center hole through which the conductor 7 is passed.
  • the float 11 surrounds a cylindrical portion of the Head 7 on all sides. Between the float 11 and the Head 7 is an annular cylindrical gap, so that the Float 11 is freely movable along the conductor 7.
  • the section reflecting electromagnetic waves this float 11 is metallic or metallic coated lateral surface 17 of the hollow body.
  • the Shell surface 17 faces the coupling 9 and runs perpendicular to an axis 21 of the conductor 7.
  • a holder 19 is provided on which the float 11 rests when the liquid surface is below the bracket 19 is located.
  • the bracket 19 is only represented schematically and consists e.g. in a vertical bolt extending to the axis 21 of the conductor 7, e.g. is screwed through the conductor 7 and two ends has at least as far on both sides of the Head 7 protrude that the float 11 by the Bracket 19 is held on the conductor 7.
  • FIG. 2 is a second embodiment of a Level meter according to the invention shown. It differs from that shown in Fig. 1 Embodiment only in that another Float 11a and another bracket 19a provided are.
  • the float 11a is a metallic or Metallic coated hollow body that is exactly like the one in Fig. 1 shown float 11 is cylindrical, the however, in contrast to that shown in Fig. 1 Float 11 is not flat, but in the axial direction has a height H, the dimension of which is the same Order of magnitude like an outer diameter D of Float 11a.
  • the bracket 19a consists of one facing away from the coupling End of the conductor 7 molded cylindrical Tail.
  • the float 11b an annular cylindrical hollow body 23 from a Plastic, e.g. made of polytetrafluoroethylene (PTFE).
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • This embodiment has the advantage that a ring-shaped metal plate loosely on one simple swimmer can lie on. It is inexpensive and the assembly is simple and therefore requires only one little effort.
  • the float is 11c a solid ring cylinder made of a material with a high dielectric constant, that reflecting electromagnetic waves.
  • a high Dielectric constant is a dielectric constant to understand, whose value is significantly larger than the value the dielectric constant of one over the product located medium.
  • a material would have one Dielectric constant greater than 3 sufficient by one to get sufficiently high reflection coefficients.
  • Such swimmers have the advantage that they are homogeneous bodies. Since no connections are required the manufacture of such floats is very easy.
  • a float 11d can be provided which has a solid base body 27 on the coupling-facing end face a thin layer 29 highly reflective of electromagnetic signals, e.g. a metallic coating, a thin metal plate or a conductive plastic layer is applied.
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment with a float 11e, in which a layer 31 reflecting electromagnetic signals is arranged between two partial bodies 33 of the float 11e.
  • the partial body 33 can be both solid elements and hollow bodies.
  • the layer 31 is, for example, a metallic coating of one of the partial bodies, a metal disk or a layer made of a conductive plastic.
  • the layer 31 is preferably arranged entirely in the interior of the float 11e.
  • this is the outer surface 17, in the float 11a of FIG. 2, this is one ring-shaped coupling-facing end face of the Hollow body, in the float 11b of Fig. 3, this is the Metal plate 25, in the float 11c of Fig. 4, this is a ring-shaped coupling-facing End face of the float 11c, in the float 11d from Fig. 5, this is the layer 29 and that of the swimmer 11e of FIG. 6, this is the reflective layer 31.
  • the runtime measurement directly results in the correct level. Otherwise the distance should be between Product surface and reflection level determined and the Runtime measurement or the measured fill level accordingly Getting corrected.
  • Fig. 7 shows an embodiment of a block diagram the electronic circuit 13 and the receiving and Evaluation circuit 15.
  • the electronic circuit 13 has a transmit clock 50 and a transmission pulse generator 52.
  • a transmission clock of the Transmit clock 50 is the transmit pulse generator 52 is fed.
  • a transmit pulse generator is preferred 52 is used, which generates electromagnetic signals that the form of low energy high frequency short Have pulses.
  • Such transmit pulse generators and in Connection with usable electronic circuits and Receive and evaluation circuits are e.g. in the USA 5,345,471 and US-A 5,361,070. They are pulses with a peak line of less than 1 ⁇ W and one effective power 1 nW or less with frequencies of 100 MHz and more can be generated.
  • the send clock rate is e.g. a few MHz.
  • the electromagnetic signals are via the coupling 9 fed to the conductor 7. Conversely get along the Head 7 reflected signals via the conductor 7, the Coupling 9, the directional coupler 54 and one Directional coupler 54 downstream high pass 56 for receiving and Evaluation circuit 15.
  • the receiving and evaluating circuit 15 comprises one Time delay 58, at the input of which the transmission clock of Send clock generator 50 is present and the one sampling clock generated by a variable delay time delayed transmission clock corresponds.
  • the variable Delay time is e.g. using a sawtooth generator provided.
  • the sampling clock is one Sampling pulse generator 60 is supplied, which is dependent on Sampling clock generated sampling pulses and a first input a sample and hold circuit 62 supplies.
  • Sampling and Transmit pulse generator 52, 60 are preferably identical, see above that the electromagnetic generated by them Signals only by the variable delay time differentiate.
  • the reflected signals are over the directional coupler 54 and high pass 56 at a second input of the sensing and Hold circuit 62 on.
  • each echo signal becomes a sampling pulse superimposed and a resulting overall signal recorded by means of a downstream amplifier 64 amplified by means of one in series with amplifier 64 arranged analog-to-digital converter 66 digitized and fed to a microprocessor 68 as a sample.
  • the overall signal is a measure of the agreement of Echo signal and sampling pulse.
  • the echo signals hit periodically one and successive sampling pulses differ from each other in that according to one Sawtooth function time delay. Under the Prerequisite that successive echo signal does not differ significantly, provides the sampling and Hold circuit 62 a stroboscopic record of the Echo signals. This requirement is typically always fulfilled, since the level in the period between two transmission pulses practically does not change.
  • the microprocessor 68 is connected via a first line 70 the transmit clock generator 50 and via a second line 72 connected to the sampling clock generator 58. Operational the microprocessor 68 regularly starts measuring cycles. While The electromagnetic signals become a measuring cycle periodically generated as previously described and the reflected signals sampled. A measuring cycle ends when all provided according to the sawtooth function Time delays were run through. It will be the individual samples in connection with the assigned current delay recorded. This gives a measurement signal curve from which the transit time is determinable.
  • FIG. 8 shows two measurement signal curves of which a first measurement signal curve marked with a a level meter without a float and a second with b marked measurement signal curve with a Level measuring device with a float Polytetrafluoroethylene (PTFE), which is a coupling-facing Front surface coated with aluminum foil has been recorded. Both measurements were made with a medium with a low dielectric constant. It is the normalized samples against the Delay time recorded.
  • PTFE Polytetrafluoroethylene
  • the measurement signal curves are a and b identical.
  • the first maximum of the two Measurement signal curves a and b is due to reflections in the area the coupling 9, where inevitably jumps in impedance occur conditionally.
  • the second maximum of the Measurement signal curve a is due to a reflection on the Due to the product surface, the second maximum of Measurement signal curve b is due to a reflection on the float attributed.
  • the amplitude of the second maximum of the measurement signal curve b is approximately three times the size of the second maximum of the Measurement signal curve a and the width of the reflection peak is the measurement signal curve b is significantly lower than that of Measurement signal curve a.
  • the accuracy with which the level can be determined depends much depends on how exactly the location of the second Maximum can be determined.
  • the accuracy is all the more larger, the larger the amplitude of the maximum and the more the width of the associated reflection peak is smaller.

Abstract

The filling level measuring device includes a receiving- and evaluation switch (15), which receives the reflected signals, determines the running time of the signal as well as the running time in the filling level. Filling level measuring device for measuring filling stand of a liquid (1) in a container (3), has (a) an electronic switch (13) which in operation produces electromagnetic signals; (b) a conductor (7) which protrudes into the container (3), runs the length of the filling level using a float (11,11a,11b,11c,11d,11e) and has at least one electromagnetic signal reflecting part; (c) a coupling (9) which transfers the signal from the switch (13) onto the conductor (7), the conductor feeds signals into the container and removes a reflected signal on the float (11); and (d) a receiving and evaluation switch.

Description

Die Erfindung betrifft ein Füllstandsmeßgerät zur Messung eines Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Behälter bei dem elektromagnetische Signale in Richtung der Füllgutoberfläche gesendet und deren Echo empfangen wird. Es wird eine Laufzeit ermittelt, die ein Signal für den Weg zur Füllgutoberfläche und zurück benötigt und daraus der Füllstand bestimmt.The invention relates to a level measuring device for measurement a level of a liquid in a container the electromagnetic signals towards the Product surface is sent and the echo is received. A transit time is determined which is a signal for the route to the product surface and back and from that the Level determined.

Mit elektromagnetischen Signalen arbeitendende Füllstandsmeßgeräte sind in einer Vielzahl von Anwendungen, sowohl in der Lagerhaltung als auch in der verarbeitenden Industrie, z.B. in der Chemie, in der Lebensmittelindustrie und in der Ölindustrie, einsetzbar.Working with electromagnetic signals Level meters are used in a variety of applications, both in warehousing and in manufacturing Industry, e.g. in chemistry, in the food industry and can be used in the oil industry.

Es sind unter anderem mit Mikrowellen arbeitende Füllstandsmeßgeräte im Handel erhältlich. Diese Geräte werden in zwei Klassen unterschieden; eine erste Klasse, bei der die Mikrowellen mittels einer Antenne in Richtung des Füllguts gesendet, an der Füllgutoberfläche reflektiert und anschließend nach einer abstandsabhängigen Laufzeit wieder empfangen werden und eine zweite Klasse, bei der die Mikrowellen entlang eines Wellenleiters in Richtung des Füllguts geführt werden, an der Füllgutoberfläche aufgrund des dort bestehenden Impedanzsprunges reflektiert werden und die reflektierten Wellen entlang des Wellenleiter wieder aus dem Behälter heraus geführt werden.Among others, they work with microwaves Level gauges commercially available. These devices are divided into two classes; a first class, where the microwaves are directed in the direction of an antenna of the product, reflected on the product surface and then after a distance-dependent runtime be received again and a second class in which the Microwaves along a waveguide in the direction of the Fill goods are guided, due to the surface of the product of the impedance jump existing there are reflected and the reflected waves along the waveguide out of the container.

Als Wellenleiter können dabei sowohl ein einziger als auch zwei oder mehr parallel zueinander angeordnete Leiter dienen, die sich von einem Punkt oberhalb des höchsten zu messenden Füllstandes nach unten in den Behälter hinein erstrecken. Both a single and a waveguide can be used two or more conductors arranged parallel to each other serve that go from a point above the highest to measuring level down into the container extend.

In der DE-U 94 21 870 ist ein Füllstandsmeßgerät zur Messung eines Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Behälter angegeben, welches umfaßt

  • eine elektronische Schaltung,
  • -- die im Betrieb elektromagnetische Signale erzeugt,
    • einen Leiter,
  • -- der in den Behälter hinein ragt,
    • eine Einkopplung,
  • -- die die Signale von der Schaltung auf den Leiter überträgt,
  • --- welcher Leiter die Signale in den Behälter hinein und an einer Oberfläche des Füllguts reflektierte Signale heraus führt, und
    • eine Empfangs- und Auswerteschaltung,
  • -- die reflektierte Signale empfängt,
  • -- die eine Laufzeit der elektromagnetischen Signale bestimmt und
  • -- die aus der Laufzeit den Füllstand ermittelt.
  • DE-U 94 21 870 discloses a level measuring device for measuring a level of a liquid in a container, which comprises
    • an electronic circuit,
  • - which generates electromagnetic signals during operation,
    • a leader,
  • - that protrudes into the container,
    • a coupling,
  • - which transmits the signals from the circuit to the conductor,
  • --- which conductor leads the signals into the container and out signals reflected on a surface of the filling material, and
    • a reception and evaluation circuit,
  • - which receives reflected signals,
  • - which determines the duration of the electromagnetic signals and
  • - which determines the level from the runtime.
  • Eine elektronische Schaltung zur Erzeugung der elektromagnetischen Signale sowie eine Empfangs- und Auswerteschaltung ist z.B. in der EP-A 780 665 beschrieben.An electronic circuit for generating the electromagnetic signals and a receive and Evaluation circuit is e.g. described in EP-A 780 665.

    Bei dem Füllstandsmeßgerät gemäß der DE-U 94 21 870 sind die Signale kurze elektromagnetische Impulse die an der Oberfläche des Füllguts reflektiert werden. Der Anteil der Signale, der reflektiert wird, ist dabei abhängig von der Differenz der Dielektrizitätskonstanten von dem Füllgut und dem oberhalb des Füllgut befindlichen Medium.In the level measuring device according to DE-U 94 21 870 the signals are short electromagnetic impulses at the Surface of the product to be reflected. The share of Signals that are reflected depend on the Difference in dielectric constant from the product and the medium above the product.

    Ist Differenz groß, so ist auch der Meßeffekt deutlich und die Laufzeit kann einwandfrei bestimmt werden. Ist die Differenz jedoch gering, so kann die von der Füllgutoberfläche stammende Reflektion nicht mehr ohne weiteres ermittelt werden. In derartigen Anwendungen ist das beschriebene Füllstandsmeßgerät nicht funktionsfähig. If the difference is large, the measurement effect is also clear and the runtime can be determined perfectly. Is the Difference, however, small, so that of the Reflection originating from the product surface is no longer without further be determined. In such applications the level meter described is not functional.

    Ein Beispiel für eine solche problematische Anwendung ist die Messung eines Füllstandes in einem ölgefüllten Behälter. Öl hat eine Dielektrizitätskonstante von ca. 2, die typischerweise über dem Öl befindliche Luft eine Dielektrizitätskonstante von 1.An example of such a problematic application is the measurement of a level in an oil-filled Container. Oil has a dielectric constant of about 2, the air typically above the oil Dielectric constant of 1.

    Dieser Effekt tritt auch bei der Füllstandsmessung mittels freier Mirkowellen auf, die in Richtung der Oberfläche des Füllguts gesendet, an der Oberfläche reflektiert und deren Echosignal zur Bestimmung des Füllstands ausgewertet wird.This effect also occurs when using level measurement free microwaves on towards the surface of the Filled goods sent, reflected on the surface and their Echo signal is evaluated to determine the level.

    In der DE-A 44 19 462 ist ein mit Mikrowellen arbeitendes Füllstandsmeßgerät beschrieben, bei dem Mikrowellen in ein in einen Behälter hineinragendes Schwallrohr gesendet werden. Das Schwallrohr dient dabei als Hohlleiter für die Mikrowellen. Es ist angegeben bei Anwendungen, bei denen das Füllgut eine niedrige Dielektrizitätskonstante aufweist, einen Schwimmer mit einer stark reflektierenden Oberfläche in dem Schwallrohr vorzusehen.In DE-A 44 19 462 is a working with microwaves Level measuring device described in which microwaves in one into a container protruding still pipe sent become. The surge pipe serves as a waveguide for the Microwaves. It is specified for applications where the product has a low dielectric constant has a float with a highly reflective To provide surface in the surge pipe.

    Ein Schwallrohr stellt ein großes sperriges und daher unhandliches Bauteil dar und kann daher nicht eingesetzt werden, wenn nur wenig Platz vorhanden ist und/oder eine für ein Füllstandsmeßgerät vorgesehene Öffnung einen zu geringen Durchmesser aufweist. Die Installation eines Schwallrohrs ist aufwendig und teuer. Desweiteren kann, z.B. bei Anwendungen bei denen das Schwallrohr mit zähflüssigen und/oder klebrigen Medien in Berührung steht eine regelmäßige Reinigung erforderlich sein, damit der Schwimmer frei beweglich bleibt.A stillpipe represents a large bulky and therefore unwieldy component and can therefore not be used if there is little space and / or one for an opening provided for a level meter has a small diameter. The installation of a Stillpipe is complex and expensive. Furthermore, e.g. in applications where the stillpipe with viscous and / or sticky media is in contact regular cleaning may be necessary to ensure that the Float remains free to move.

    Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Füllstandsmeßgerät zur Messung eines Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Behälter bei dem elektromagnetische Signale in Richung der Füllgutoberfläche gesendet und deren Echo empfangen wird anzugeben, daß bei Flüssigkeiten mit niedrigen Dielektrizitätskonstanten einwandfrei mißt und dessen Installation und Wartung einfach und kostengünstig ist.It is an object of the invention to provide a level meter for measuring the level of a liquid in a Container with the electromagnetic signals in the direction of Product surface is sent and the echo is received indicate that liquids with low Dielectric constant measures properly and its Installation and maintenance is simple and inexpensive.

    Hierzu besteht die Erfindung in einem Füllstandsmeßgerät zur Messung eines Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Behälter, welches umfaßt

    • eine elektronische Schaltung,
  • -- die im Betrieb elektromagnetische Signale erzeugt,
    • einen Leiter,
  • -- der in den Behälter hinein ragt,
  • -- entlang dem ein Schwimmer mit dem Füllstand mit läuft,
  • --- der mindestens ein elektromagnetische Signale reflektierendes Teilstück aufweist,
    • eine Einkopplung,
  • -- die die Signale von der Schaltung auf den Leiter überträgt,
  • --- welcher Leiter die Signale in den Behälter hinein und ein an dem Schwimmer reflektiertes Signal heraus führt, und
    • eine Empfangs- und Auswerteschaltung,
  • -- die das reflektierte Signal empfängt,
  • -- die eine Laufzeit der elektromagnetischen Signale bestimmt und
  • -- die aus der Laufzeit den Füllstand ermittelt.
  • For this purpose, the invention consists in a level measuring device for measuring a level of a liquid in a container, which comprises
    • an electronic circuit,
  • - which generates electromagnetic signals during operation,
    • a leader,
  • - that protrudes into the container,
  • - along which a float runs with the level,
  • --- which has at least one section reflecting electromagnetic signals,
    • a coupling,
  • - which transmits the signals from the circuit to the conductor,
  • --- which conductor leads the signals into the tank and out of a signal reflected by the float, and
    • a reception and evaluation circuit,
  • - which receives the reflected signal,
  • - which determines the duration of the electromagnetic signals and
  • - which determines the level from the runtime.
  • Gemäß einer Ausgestaltung ist der Schwimmer ein Hohlkörper und das elektromagnetische Wellen reflektierende Teilstück ist eine metallische oder metallisch beschichtete Mantelfläche des Hohlkörpers.According to one embodiment, the float is a hollow body and the electromagnetic wave reflecting portion is a metallic or metallic coated Shell surface of the hollow body.

    Gemäß einer Ausgestaltung ist das Teilstück eine im Innerem des Schwimmers angeordnete elektromagnetische Signale reflektierende Fläche. According to one embodiment, the section is one inside electromagnetic signals arranged by the float reflective surface.

    Gemäß einer Ausgestaltung ist das Teilstück eine senkrecht zu einer Achse des Leiters verlaufende elektromagnetische Signale reflektierende Fläche.According to one embodiment, the section is a vertical one electromagnetic to an axis of the conductor Surface reflecting signals.

    Gemäß einer Ausgestaltung besteht der Schwimmer aus einem Material mit einer hohen Dielektrizitätskonstanten, das elektromagnetische Wellen reflektiert.According to one embodiment, the float consists of a Material with a high dielectric constant, that reflecting electromagnetic waves.

    Gemäß einer Ausgestaltung ist an einem von der Einkopplung abgewandten Ende des Leiters eine Halterung vorgesehen, auf der der Schwimmer aufliegt, wenn sich die Flüssigkeitsoberfläche unterhalb der Halterung befindet.According to one embodiment, the coupling is on one opposite end of the conductor provided a holder which the swimmer lies on when the Liquid surface is located below the bracket.

    Gemäß einer Ausgestaltung umgibt der Schwimmer einen zylindrischen Abschnitt des Leiters allseitig.According to one embodiment, the float surrounds you cylindrical section of the conductor on all sides.

    Gemäß einer Ausgestaltung weist das reflektierende Teilstück eine reflektierende Oberfläche auf, die mit der Füllgutoberfläche in einer Ebene liegt.According to one embodiment, the reflective Section on a reflective surface that matches the Product surface lies in one plane.

    Ein solches Füllstandsmeßgerät bietet den Vorteil, daß auch bei Flüssigkeiten mit niedrigen Dielektrizitätskonstanten zuverlässige Messungen möglich sind.Such a level meter offers the advantage that also for liquids with low dielectric constants reliable measurements are possible.

    Die Erfindung und weitere Vorteile werden nun anhand der Figuren der Zeichnung, in denen sechs Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher erläutert; gleiche Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.

    Fig. 1
    zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Füllstandsmeßgeräts in einem Behälter;
    Fig. 2
    zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Füllstandsmeßgeräts;
    Fig. 3
    zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines Füllstandsmeßgeräts;
    Fig. 4
    zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel eines Füllstandsmeßgeräts;
    Fig. 5
    zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel eines Füllstandsmeßgeräts; und
    Fig. 6
    zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel eines Füllstandsmeßgeräts;
    Fig. 7
    zeigt eine Elektronik und eine Empfangs- und Auswerteschaltung von Fig. 1; und
    Fig. 8
    zeigt Meßsignalverläufe eines Füllstandsmeßgeräts mit und ohne Schwimmer.
    The invention and further advantages will now be explained in more detail with reference to the figures of the drawing, in which six exemplary embodiments are shown; Identical elements are provided with the same reference symbols in the figures.
    Fig. 1
    shows a schematic representation of a first embodiment of a fill level measuring device according to the invention in a container;
    Fig. 2
    shows a second embodiment of a level meter;
    Fig. 3
    shows a third embodiment of a level measuring device;
    Fig. 4
    shows a fourth embodiment of a level meter;
    Fig. 5
    shows a fifth embodiment of a level measuring device; and
    Fig. 6
    shows a sixth embodiment of a level meter;
    Fig. 7
    shows an electronics and a receiving and evaluation circuit of Fig. 1; and
    Fig. 8
    shows measurement signal curves of a level measuring device with and without float.

    In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Füllstandsmeßgeräts dargestellt. Es dient zur Messung eines Füllstandes einer Flüssigkeit 1 in einem Behälter 3.In Fig. 1 is a first embodiment of a Level meter according to the invention shown. It serves for measuring a level of a liquid 1 in a Tray 3.

    Das Füllstandsmeßgerät umfaßt ein außerhalb des Behälters 3 angeordnetes Gehäuse 5 mit dem ein Leiter 7 verbunden ist, der in den Behälter 3 hinein ragt. Es ist eine mit dem Gehäuse 5 verbundene Einkopplung 9 vorgesehen, die, wie in Fig. 1 lediglich schematisch dargestellt ist, in einer Öffnung des Behälters 3 montiert ist. Die Einkopplung 9 kann z.B. ein Außengewinde aufweisen, mittels dessen sie in ein in der Öffnung angeordnetes Innengewinde einschraubbar ist oder sie kann einen Flansch aufweisen, der auf einem die Öffnung umgebenden Gegenflansch befestigbar ist. Andere dem Fachmann bekannt Befestigungsarten sind ebenfalls denkbar. The fill level measuring device comprises an outside of the container 3 arranged housing 5 to which a conductor 7 is connected, which protrudes into the container 3. It's one with that Housing 5 connected coupling 9 provided, as in Fig. 1 is only shown schematically in one Opening of the container 3 is mounted. The coupling 9 can e.g. have an external thread, by means of which they in an internal thread arranged in the opening can be screwed in or it may have a flange that is on a the opening surrounding the counter flange can be fastened. Other Types of fastening known to the person skilled in the art are also conceivable.

    Der Leiter 7 ist im Inneren der Einkopplung 9 vom Gehäuse 5 in den Behälter 3 hinein geführt. Der Leiter 7 ist z.B. ein mechanisch starrer Stab oder ein mechanisch starrer Draht. Genauso ist aber auch ein gespanntes Seil einsetztbar, dessen eines Ende am Gehäuse 5 oder der Einkopplung 9 und dessen anderes Ende an einem Boden des Behälters befestigt ist. Anstelle einer Befestigung des anderen Endes am Behälterboden kann an dem anderen Ende auch ein Gewicht befestigt sein, durch das das Seil gespannt wird.The conductor 7 is inside the coupling 9 from the housing 5 led into the container 3. The conductor 7 is e.g. on mechanically rigid rod or a mechanically rigid wire. A tensioned rope can also be used in the same way, one end of the housing 5 or the coupling 9 and the other end of which is attached to a bottom of the container is. Instead of attaching the other end to the Container bottom can also have a weight at the other end be attached, through which the rope is tensioned.

    Auf dem Leiter 7 ist ein Schwimmer 11 vorgesehen, der auf der Flüssigkeit schwimmt und somit mit dem Füllstand im Behälter 3 mitläuft. Der Füllstand ist in Fig. 1 schematisch durch Wellenlinien dargestellt.On the head 7, a float 11 is provided, which on the liquid floats and thus with the level in the Container 3 runs along. The fill level is in FIG. 1 represented schematically by wavy lines.

    Es ist eine elektronische Schaltung 13 vorgesehen, die im Betrieb elektromagnetische Signale S erzeugt. Diese Signale S werden über die Einkopplung 9 von der Schaltung 13 auf den Leiter 7 übertragen und entlang des Leiters 7 in den Behälter 3 hinein geführt.An electronic circuit 13 is provided which in Operation generates electromagnetic signals S. These signals S are from the circuit 13 via the coupling 9 transfer the conductor 7 and along the conductor 7 in the Container 3 led into it.

    Der Schwimmer 11 weist mindestens ein elektromagnetische Signale reflektierendes Teilstück auf, an dem ein Anteil des Signals S reflektiert wird. Ein an dem Schwimmer 11 reflektiertes Signal R wird über den Leiter 7 aus dem Behälter 3 heraus geführt.The float 11 has at least one electromagnetic Signals reflecting section in which a share of the signal S is reflected. One on the float 11 reflected signal R is via the conductor 7 from the Container 3 led out.

    Das reflektierte Signal R ist einer Empfangs- und Auswerteschaltung 15 zugeführt, die dieses empfängt, eine Laufzeit des elektromagnetischen Signals S von der Elektronik 13 zum Schwimmer 11 und des reflektierten Signals R vom Schwimmer 11 zur Empfangs- und Auswerteschaltung 15 bestimmt und daraus den Füllstand ermittelt.The reflected signal R is a receive and Evaluated circuit 15, which receives this one Runtime of the electromagnetic signal S from Electronics 13 to the float 11 and the reflected Signal R from the float 11 to the receiving and Evaluation circuit 15 determines and from it the level determined.

    Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Signale und die Abstände zwischen der Elektronik 13 und dem Behälterboden und zwischen der Empfangs- und Auswerteschaltung 15 und dem Behälterboden sind entweder ohnehin bekannt oder können durch einfache Referenzmessungen erhalten werden. Mit diesen Daten ergibt sich aus der gemessenen Laufzeit die Höhe des reflektierenden Teilstücks des Schwimmers 11 oberhalb des Behälterbodens und damit der Füllstand.The propagation speed of the electromagnetic Signals and the distances between the electronics 13 and the Container bottom and between the receiving and Evaluation circuit 15 and the container bottom are either known anyway or can by simple Reference measurements can be obtained. With this data results the amount of the measured runtime reflective section of the float 11 above the Tank bottom and thus the fill level.

    In dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 ist der Schwimmer 11 ein flacher ringsscheibenförmiger Hohlkörper mit einer Mittenbohrung durch die der Leiter 7 hindurch geführt ist. Der Schwimmer 11 umgibt einen zylindrischen Abschnitt des Leiters 7 allseitig. Zwischen dem Schwimmer 11 und dem Leiter 7 besteht ein ringzylindrischer Spalt, so daß der Schwimmer 11 entlang dem Leiter 7 frei beweglich ist.1, the float is 11th a flat hollow disk-shaped hollow body with a Center hole through which the conductor 7 is passed. The float 11 surrounds a cylindrical portion of the Head 7 on all sides. Between the float 11 and the Head 7 is an annular cylindrical gap, so that the Float 11 is freely movable along the conductor 7.

    Das elektromagnetische Wellen reflektierende Teilstück dieses Schwimmers 11 ist eine metallische oder metallisch beschichtete Mantelfläche 17 des Hohlkörpers. Die Mantelfläche 17 ist der Einkopplung 9 zugewandt und verläuft senkrecht zu einer Achse 21 des Leiters 7.The section reflecting electromagnetic waves this float 11 is metallic or metallic coated lateral surface 17 of the hollow body. The Shell surface 17 faces the coupling 9 and runs perpendicular to an axis 21 of the conductor 7.

    An einem von der Einkopplung 9 abgewandten Ende des Leiters 7 ist eine Halterung 19 vorgesehen, auf der der Schwimmer 11 aufliegt, wenn sich die Flüssigkeitsoberfläche unterhalb der Halterung 19 befindet. Die Halterung 19 ist lediglich schematisch dargestellt und besteht z.B. in einen senkrecht zur Achse 21 des Leiters 7 verlaufenden Bolzen, der z.B. durch den Leiter 7 hindurchgeschraubt ist und zwei Enden aufweist, die mindestens soweit zu beiden Seiten des Leiters 7 hervorstehen, daß der Schwimmer 11 durch die Halterung 19 auf dem Leiter 7 gehalten ist.At one end of the conductor facing away from the coupling 9 7, a holder 19 is provided on which the float 11 rests when the liquid surface is below the bracket 19 is located. The bracket 19 is only represented schematically and consists e.g. in a vertical bolt extending to the axis 21 of the conductor 7, e.g. is screwed through the conductor 7 and two ends has at least as far on both sides of the Head 7 protrude that the float 11 by the Bracket 19 is held on the conductor 7.

    In Fig. 2 ist eine zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Füllstandsmeßgeräts dargestellt. Es unterscheidet sich von dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel lediglich darin, daß ein anderer Schwimmer 11a und eine andere Halterung 19a vorgesehen sind. Der Schwimmer 11a ist ein metallischer oder metallisch beschichteter Hohlkörper, der genau wie der in Fig. 1 dargestellte Schwimmer 11 ringzylindrisch ist, der jedoch im Gegensatz zu dem in Fig. 1 dargestellten Schwimmer 11 nicht flach ist, sondern in axialer Richtung eine Höhe H aufweist, deren Abmessung die gleiche Größenordnung aufweist wie ein Außendurchmesser D des Schwimmers 11a.2 is a second embodiment of a Level meter according to the invention shown. It differs from that shown in Fig. 1 Embodiment only in that another Float 11a and another bracket 19a provided are. The float 11a is a metallic or Metallic coated hollow body that is exactly like the one in Fig. 1 shown float 11 is cylindrical, the however, in contrast to that shown in Fig. 1 Float 11 is not flat, but in the axial direction has a height H, the dimension of which is the same Order of magnitude like an outer diameter D of Float 11a.

    Die Halterung 19a besteht in einem an das einkopplungs-abgewandte Ende des Leiters 7 angeformten zylindrischen Endstück.The bracket 19a consists of one facing away from the coupling End of the conductor 7 molded cylindrical Tail.

    In Fig. 3, 4, 5 und 6 sind weitere Ausführungsbeispiele dargestellt, die sich von den beiden vorangehenden nur durch die jeweilige Ausgestaltung des Schwimmers 11b, 11c, 11d und 11e unterscheiden. Diese Füllstandsmeßgeräte können selbstverständlich ebenfalls mit Halterungen, wie sie bei den Ausführungsbeispielen in den Figuren 1 und 2 dargestellt sind versehen sein.3, 4, 5 and 6 are further exemplary embodiments shown, which differ from the previous two only due to the respective design of the float 11b, 11c, Distinguish 11d and 11e. These level gauges can of course also with brackets, as in the exemplary embodiments in FIGS. 1 and 2 are shown.

    In dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3 weist der Schwimmer 11b einen ringzylindrischen Hohlkörper 23 aus einem Kunststoff, z.B. aus Polytetraflourethylen (PTFE), auf. Die elektromagnetische Signale reflektierende Teilfläche ist eine auf einer einkopplungs-zugewandten Stirnfläche des Hohlkörpers 23 angeordnete ringscheibenförmige Metallplatte 25. Dieses Ausführungsbeispiel weist den Vorteil auf, daß eine ringscheibenförmige Metallplatte lose auf einem einfachen Schwimmer aufliegen kann. Dies ist kostengünstig und die Montage ist einfach und erfordert daher nur einen geringen Aufwand.In the embodiment of Fig. 3, the float 11b an annular cylindrical hollow body 23 from a Plastic, e.g. made of polytetrafluoroethylene (PTFE). The Partial surface reflecting electromagnetic signals one on a coupling-facing end face of the Hollow body 23 arranged annular disc-shaped metal plate 25. This embodiment has the advantage that a ring-shaped metal plate loosely on one simple swimmer can lie on. It is inexpensive and the assembly is simple and therefore requires only one little effort.

    In dem Ausführungsbeispiel von Fig. 4 ist der Schwimmer 11c ein massiver Ringzylinder, der aus einem Material mit einer hohen Dielektrizitätskonstanten besteht, das elektromagnetische Wellen reflektiert. Unter einer hohen Dielektrizitätskonstante ist eine Dielektrizitätskonstante zu verstehen, deren Wert deutlich größer ist als der Wert der Dielektrizitätskonstanten von einem über dem Füllgut befindlichen Medium. Typischerweise befindet sich oberhalb des Füllguts Luft mit einer Dielektrizitätskonstanten von 1. In Verbindung mit Luft wäre ein Material mit einer Dielektrizitätskonstanten größer 3 ausreichend um einen ausreichend hohen Reflektionskoeffizienten zu erhalten.In the embodiment of FIG. 4, the float is 11c a solid ring cylinder made of a material with a high dielectric constant, that reflecting electromagnetic waves. Under a high Dielectric constant is a dielectric constant to understand, whose value is significantly larger than the value the dielectric constant of one over the product located medium. Typically located above of the medium air with a dielectric constant of 1. In connection with air, a material would have one Dielectric constant greater than 3 sufficient by one to get sufficiently high reflection coefficients.

    Derartige Schwimmer weisen den Vorteil auf, daß sie homogene Körper sind. Da keinerlei Verbindungen benötigt werden ist die Fertigung solcher Schwimmer sehr einfach.Such swimmers have the advantage that they are homogeneous bodies. Since no connections are required the manufacture of such floats is very easy.

    Bei Anwendungen bei denen z.B. aus Gründen der mechanischen und/oder chemischen Beständigkeit ein massiver Schwimmer aus einem Werkstoff mit einer niedrigeren Dielektrizitätskonstanten verwendet werden soll, kann, wie in Fig. 5 dargestellt, ein Schwimmer 11d vorgesehen werden, der einen massiven Grundkörper 27 aufweist, auf dessen einkopplungs-zugewandter Stirnfläche eine dünne elektromagnetische Signale stark reflektierende Schicht 29, z.B. eine metallische Beschichtung, eine dünne Metallplatte oder eine leitfähige Kunststoffschicht, aufgebracht ist.For applications where e.g. for mechanical reasons and / or chemical resistance a massive float from a material with a lower Dielectric constant can be used, like 5, a float 11d can be provided which has a solid base body 27 on the coupling-facing end face a thin layer 29 highly reflective of electromagnetic signals, e.g. a metallic coating, a thin metal plate or a conductive plastic layer is applied.

    Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einem Schwimmer 11e, bei dem eine elektromagnetische Signale reflektierende Schicht 31 zwischen zwei Teilkörpern 33 des Schwimmers 11e angeordnet ist. Die Teilkörper 33 können sowohl masive Elemente als auch Hohlkörper sein. Die Schicht 31 ist z.B. eine metallische Beschichtung eines der Teilkörper, eine Metallscheibe oder eine Schicht aus einem leitfähigen Kunststoff.
    Vorzugsweise ist die Schicht 31 gänzlich im Innerem des Schwimmers 11e angeordnet.
    6 shows a further exemplary embodiment with a float 11e, in which a layer 31 reflecting electromagnetic signals is arranged between two partial bodies 33 of the float 11e. The partial body 33 can be both solid elements and hollow bodies. The layer 31 is, for example, a metallic coating of one of the partial bodies, a metal disk or a layer made of a conductive plastic.
    The layer 31 is preferably arranged entirely in the interior of the float 11e.

    Dies bietet den Vorteil, daß das elektromagnetische Signale reflektierende Teilstück, hier die Scheibe 31, nicht mit dem Füllgut in Berührung kommt. Es besteht damit praktisch keine Gefahr von Korrosion. Das Teilstück kann daher aus einem einfachen und billigen Material hergestellt sein.This offers the advantage that the electromagnetic signals reflective section, here the disc 31, not with comes into contact with the product. So it is practical no risk of corrosion. The section can therefore be made be made of a simple and cheap material.

    Vorzugsweise sind die Materialien und die Abmessungen der einzelnen Komponenten der Schwimmer 11, 11a, 11b, 11c, 11d, 11e im Hinblick auf die spezifische Dichte des Füllguts so ausgewählt, daß jeweils die reflektierenden Teilstücke eine reflektierende Fläche aufweisen, die mit der Füllgutoberfläche in einer Ebene liegt und senkrecht zur Achse 21 des Leiters 7 verlaufen.Preferably, the materials and dimensions of the individual components of the floats 11, 11a, 11b, 11c, 11d, 11e with regard to the specific density of the filling material selected that each of the reflecting sections have reflective surface with the Product surface lies in one plane and perpendicular to Axis 21 of the conductor 7 run.

    Bei dem Schwimmer 11 von Fig. 1 ist dies die Mantelfläche 17, bei dem Schwimmer 11a von Fig. 2 ist dies eine ringscheibenförmige einkopplungs-zugewandte Stirnfläche des Hohlkörpers, bei dem Schwimmer 11b von Fig. 3 ist dies die Metallplatte 25, bei dem Schwimmer 11c von Fig. 4 ist dies eine ringscheibenförmige einkoppllungs-zugewandte Stirnfläche des Schwimmers 11c, bei dem Schwimmer 11d von Fig. 5 ist dies die Schicht 29 und bei dem dem Schwimmer 11e von Fig. 6 ist dies die reflektierende Schicht 31.In the float 11 of Fig. 1, this is the outer surface 17, in the float 11a of FIG. 2, this is one ring-shaped coupling-facing end face of the Hollow body, in the float 11b of Fig. 3, this is the Metal plate 25, in the float 11c of Fig. 4, this is a ring-shaped coupling-facing End face of the float 11c, in the float 11d from Fig. 5, this is the layer 29 and that of the swimmer 11e of FIG. 6, this is the reflective layer 31.

    Wenn die reflektierenden Teilstücke eine reflektierende Fläche aufweisen, die mit der Füllgutoberfläche in einer Ebene liegt, so ergibt die Laufzeitmessung direkt den korrekten Füllstand. Andernfalls müßte der Abstand zwischen Füllgutoberfläche und Reflektionsebene bestimmt und die Laufzeitmessung bzw. der gemessene Füllstand entsprechend korrigiert werden.If the reflective sections are reflective Have area that with the product surface in one Level, the runtime measurement directly results in the correct level. Otherwise the distance should be between Product surface and reflection level determined and the Runtime measurement or the measured fill level accordingly Getting corrected.

    Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Blockschaltbilds der elektronischen Schaltung 13 und der Empfangs- und Auswerteschaltung 15. Fig. 7 shows an embodiment of a block diagram the electronic circuit 13 and the receiving and Evaluation circuit 15.

    Die elektronische Schaltung 13 weist einen Sendetaktgeber 50 und einen Sendeimpulsgenerator 52 auf. Ein Sendetakt des Sendetaktgebers 50 ist dem Sendeimpulsgenerator 52 zugeführt ist. Vorzugsweise wird ein Sendeimpulsgenerator 52 verwendet, der elektromagnetische Signale erzeugt, die die Form von niederenergetischen hochfrequenten kurzen Pulsen haben. Derartige Sendeimpulsgeneratoren sowie in Verbindung damit verwendbare elektronische Schaltungen und Empfangs-und Auswerteschaltungen sind z.B. in der US-A 5,345,471 und der US-A 5,361,070 beschrieben. Es sind Pulse mit einer Spitzenleitung von weniger als 1 µW und einer effektiven Leistung 1 nW oder weniger mit Frequenzen von 100 MHz und mehr erzeugbar. Die Sendetaktrate beträgt z.B. einige MHz.The electronic circuit 13 has a transmit clock 50 and a transmission pulse generator 52. A transmission clock of the Transmit clock 50 is the transmit pulse generator 52 is fed. A transmit pulse generator is preferred 52 is used, which generates electromagnetic signals that the form of low energy high frequency short Have pulses. Such transmit pulse generators and in Connection with usable electronic circuits and Receive and evaluation circuits are e.g. in the USA 5,345,471 and US-A 5,361,070. They are pulses with a peak line of less than 1 µW and one effective power 1 nW or less with frequencies of 100 MHz and more can be generated. The send clock rate is e.g. a few MHz.

    Die elektromagnetischen Signale werden über die Einkopplung 9 dem Leiter 7 zugeführt. Umgekehrt gelangen entlang des Leiters 7 reflektierte Signale über den Leiter 7, die Einkopplung 9, den Richtkoppler 54 und einen dem Richtkoppler 54 nachgeschalteten Hochpaß 56 zur Empfangs- und Auswerteschaltung 15.The electromagnetic signals are via the coupling 9 fed to the conductor 7. Conversely get along the Head 7 reflected signals via the conductor 7, the Coupling 9, the directional coupler 54 and one Directional coupler 54 downstream high pass 56 for receiving and Evaluation circuit 15.

    Die Empfangs- und Auswerteschaltung 15 umfaßt eine Zeitverzögerung 58, an deren Eingang der Sendetakt des Sendetaktgenerators 50 anliegt und die einen Abtasttakt erzeugt, der dem um eine variable Verzögerungszeit verzögerten Sendetakt entspricht. Die variable Verzögerungszeit wird z.B. mittels eines Sägezahngenerators bereitgestellt. Der Abtasttakt ist einem Abtastimpulsgenerator 60 zugeführt, der in Abhängigkeit vom Abtasttakt Abtastimpulse generiert und einem ersten Eingang einer Abtast- und Halte Schaltung 62 zuführt. Abtast- und Sendeimpulsgenerator 52, 60 sind vorzugsweise identisch, so daß sich die von ihnen erzeugten elektromagnetischen Signale lediglich um die variable Verzögerungszeit unterscheiden. The receiving and evaluating circuit 15 comprises one Time delay 58, at the input of which the transmission clock of Send clock generator 50 is present and the one sampling clock generated by a variable delay time delayed transmission clock corresponds. The variable Delay time is e.g. using a sawtooth generator provided. The sampling clock is one Sampling pulse generator 60 is supplied, which is dependent on Sampling clock generated sampling pulses and a first input a sample and hold circuit 62 supplies. Sampling and Transmit pulse generator 52, 60 are preferably identical, see above that the electromagnetic generated by them Signals only by the variable delay time differentiate.

    Die reflektierten Signale liegen über den Richtkoppler 54 und den Hochpaß 56 an einem zweiten Eingang der Abtast- und Halteschaltung 62 an.The reflected signals are over the directional coupler 54 and high pass 56 at a second input of the sensing and Hold circuit 62 on.

    Im Betrieb werden vorzugsweise periodisch mit der Sendetaktfrequenz kurze Sendepulse erzeugt und die reflektierten Echosignale der Abtast- und Halteschaltung 62 zugeführt. Dort wird jedem Echosignal ein Abtastimpuls überlagert und ein daraus resultiertendes Gesamtsignal aufgenommen, mittels eines nachgeschalteten Verstärkers 64 verstärkt, mittels eines in Serie zu dem Verstärker 64 angeordneten Analog-Digital-Wandler 66 digitalisiert und einem Mikroprozessor 68 als Abtastwert zugeführt.In operation are preferably periodically with the Transmit clock frequency generates short transmit pulses and the reflected echo signals from the sample and hold circuit 62 fed. There, each echo signal becomes a sampling pulse superimposed and a resulting overall signal recorded by means of a downstream amplifier 64 amplified by means of one in series with amplifier 64 arranged analog-to-digital converter 66 digitized and fed to a microprocessor 68 as a sample.

    Das Gesamtsignal ist ein Maß für die Übereinstimmung von Echosignal und Abtastimpuls. Die Echosignale treffen periodisch ein und aufeinanderfolgende Abtastimpulse unterscheiden sich voneinander durch die gemäß einer Sägezahnfunktion verlaufende Zeitverzögerung. Unter der Voraussetzung, daß sich aufeinanderfolgende Echosignal nicht wesentlich unterscheiden, liefert die Abtast- und Halteschaltung 62 eine stroboskopische Aufzeichnung der Echosignale. Diese Voraussetzung ist typischerweise immer erfüllt, da sich der Füllstand in dem Zeitraum zwischen zwei Sendepulsen praktisch nicht ändert.The overall signal is a measure of the agreement of Echo signal and sampling pulse. The echo signals hit periodically one and successive sampling pulses differ from each other in that according to one Sawtooth function time delay. Under the Prerequisite that successive echo signal does not differ significantly, provides the sampling and Hold circuit 62 a stroboscopic record of the Echo signals. This requirement is typically always fulfilled, since the level in the period between two transmission pulses practically does not change.

    Der Mikroprozessor 68 ist über eine erste Leitung 70 mit dem Sendetaktgenerators 50 und über eine zweite Leitung 72 mit dem Abtasttaktgenerator 58 verbunden. Im Betrieb startet der Mikroprozessor 68 regelmäßig Meßzyklen. Während eines Meßzyklusses werden die elektromagnetischen Signale wie zuvor beschrieben periodisch erzeugt und die reflektierten Signale abgetastet. Ein Meßzyklus endet wenn alle gemäß der Sägezahnfunktion vorgesehenen Zeitverzögerungen durchlaufen wurden. Es werden die einzelnen Abtastwerte jeweils in Verbindung mit der zugeordneten momentanen Verzögerung aufgezeichnet. Dies ergibt einen Meßsignalverlauf aus dem die Laufzeit bestimmbar ist.The microprocessor 68 is connected via a first line 70 the transmit clock generator 50 and via a second line 72 connected to the sampling clock generator 58. Operational the microprocessor 68 regularly starts measuring cycles. While The electromagnetic signals become a measuring cycle periodically generated as previously described and the reflected signals sampled. A measuring cycle ends when all provided according to the sawtooth function Time delays were run through. It will be the individual samples in connection with the assigned current delay recorded. This gives a measurement signal curve from which the transit time is determinable.

    In Fig. 8 sind zwei Meßsignalverläufe dargestellt von denen ein erster mit a gekennzeichneter Meßsignalverlauf mit einem Füllstandsmeßgerät ohne Schwimmer und ein zweiter mit b gekennzeichneter Meßsignalverlauf mit einem Füllstandsmeßgerät mit einem Schwimmer aus Polytetraflourethylen (PTFE), der eine einkopplungs-zugewandte mit Alumiumfolie beschichtete Stirnfläche aufweist, aufgezeichnet wurde. Beide Messungen erfolgten mit einem Füllgut mit niedriger Dielektrizitätskonstante. Es sind jeweils die normierten Abtastwerte gegen die Verzögerungszeit aufgezeichnet.8 shows two measurement signal curves of which a first measurement signal curve marked with a a level meter without a float and a second with b marked measurement signal curve with a Level measuring device with a float Polytetrafluoroethylene (PTFE), which is a coupling-facing Front surface coated with aluminum foil has been recorded. Both measurements were made with a medium with a low dielectric constant. It is the normalized samples against the Delay time recorded.

    Bei kleinen Verzögerungszeiten sind die Meßsignalverläufe a und b identisch. Das erste Maximum der beiden Meßsignalverläufe a und b ist durch Reflektionen im Bereich der Einkopplung 9, wo zwangsläufig Impedanzsprünge auftreten, bedingt. Das zweite Maximum des Meßsignalverlaufs a ist auf eine Reflektion an der Füllgutoberfläche zurückzuführen, das zweite Maximum des Meßsignalverlaufs b ist auf eine Reflektion am Schwimmer zurückzuführen.With short delay times, the measurement signal curves are a and b identical. The first maximum of the two Measurement signal curves a and b is due to reflections in the area the coupling 9, where inevitably jumps in impedance occur conditionally. The second maximum of the Measurement signal curve a is due to a reflection on the Due to the product surface, the second maximum of Measurement signal curve b is due to a reflection on the float attributed.

    Die Amplitude des zweiten Maximums des Meßsignalverlaufs b ist ca. dreimal so groß wie die des zweiten Maximums des Meßsignalverlaufs a und die Breite des Reflektionspeaks ist beim Meßsignalverlauf b deutlich geringer als beim Meßsignalverlauf a.The amplitude of the second maximum of the measurement signal curve b is approximately three times the size of the second maximum of the Measurement signal curve a and the width of the reflection peak is the measurement signal curve b is significantly lower than that of Measurement signal curve a.

    Die Genauigkeit mit der der Füllstand bestimmbar ist, hängt wesentlich davon ab, wie genau die Lage des zweiten Maximums ermittelt werden kann. Die Genauigkeit ist umso größer, je größer die Amplitude des Maximums ist und umso geringer die Breite des zugehörigen Reflektionspeaks ist. The accuracy with which the level can be determined depends much depends on how exactly the location of the second Maximum can be determined. The accuracy is all the more larger, the larger the amplitude of the maximum and the more the width of the associated reflection peak is smaller.

    Wie Fig. 8 eindeutig zeigt, kann die Meßgenauigkeit durch die erfindungsgemäße Verwendung eines Schwimmers bei Füllgütern mit niedrigen Dielektrizitätskonstanten deutlich verbessert werden.As clearly shown in Fig. 8, the measurement accuracy can by the use of a float according to the invention Products with low dielectric constants clearly be improved.

    Claims (8)

    Füllstandsmeßgerät zur Messung eines Füllstandes einer Flüssigkeit (1) in einem Behälter (3), welches umfaßt eine elektronische Schaltung (13), -- die im Betrieb elektromagnetische Signale erzeugt, einen Leiter (7), -- der in den Behälter (3) hinein ragt, -- entlang dem ein Schwimmer (11, 11a, 11b, 11c, 11d, 11e) mit dem Füllstand mit läuft, --- der mindestens ein elektromagnetische Signale reflektierendes Teilstück aufweist, eine Einkopplung (9), -- die die Signale von der Schaltung (13) auf den Leiter (7) überträgt, --- welcher Leiter (7) die Signale in den Behälter (3) hinein und ein an dem Schwimmers (11) reflektiertes Signal heraus führt, und eine Empfangs- und Auswerteschaltung (15), -- die die reflektierten Signale empfängt, -- die eine Laufzeit der Signale bestimmt und -- die aus der Laufzeit den Füllstand ermittelt. Level measuring device for measuring a level of a liquid (1) in a container (3), which comprises an electronic circuit (13), - which generates electromagnetic signals during operation, a conductor (7), - which protrudes into the container (3), - along which a float (11, 11a, 11b, 11c, 11d, 11e) runs with the fill level, --- which has at least one section reflecting electromagnetic signals, a coupling (9), - Which transmits the signals from the circuit (13) to the conductor (7), --- which conductor (7) leads the signals into the container (3) and a signal reflected from the float (11), and a reception and evaluation circuit (15), - which receives the reflected signals, - which determines a transit time of the signals and - which determines the level from the runtime. Füllstandsmeßgerät nach Anspruch 1, bei dem der Schwimmer (11) ein Hohlkörper und das elektromagnetische Wellen reflektierende Teilstück eine metallische oder metallisch beschichtete Mantelfläche (17) des Hohlkorpers ist.Level measuring device according to claim 1, wherein the Float (11) a hollow body and that Section reflecting electromagnetic waves a metallic or metallic coated Shell surface (17) of the hollow body. Füllstandsmeßgerät nach Anspruch 1, bei dem das Teilstück eine im Innerem des Schwimmers (11e) angeordnete elektromagnetische Signale reflektierende Fläche ist. Level measuring device according to claim 1, wherein the Section one inside the float (11e) arranged reflecting electromagnetic signals Area is. Füllstandsmeßgerät nach Anspruch 1, bei dem das Teilstück eine senkrecht zu einer Achse (21) des Leiters (7) verlaufende elektromagnetische Signale reflektierende Fläche ist.Level measuring device according to claim 1, wherein the Section a perpendicular to an axis (21) of the Conductor (7) extending electromagnetic signals reflective surface. Füllstandsmeßgerät nach Anspruch 1, bei dem der Schwimmer (11c) aus einem Material mit einer hohen Dielektrizitätskonstanten besteht, das elektromagnetische Wellen reflektiert.Level measuring device according to claim 1, wherein the Float (11c) made of a material with a high Dielectric constant exists reflecting electromagnetic waves. Füllstandsmeßgerät nach Anspruch 1, bei dem an einem von der Einkopplung (9) abgewandten Ende des Leiters (7) eine Halterung (19, 19a) vorgesehen ist, auf der der Schwimmer (11, 11a)aufliegt, wenn sich die Flüssigkeitsoberfläche unterhalb der Halterung (19, 19a) befindet.Level measuring device according to claim 1, in which at one end of the conductor facing away from the coupling (9) (7) a holder (19, 19a) is provided on the the float (11, 11a) rests when the Liquid surface below the holder (19, 19a). Füllstandsmeßgerät nach Anspruch 1, bei dem der Schwimmer (11, 11a, 11b, 11c, 11d, 11e) einen zylindrischen Abschnitt des Leiters (7) allseitig umgibt.Level measuring device according to claim 1, wherein the Float (11, 11a, 11b, 11c, 11d, 11e) one cylindrical section of the conductor (7) on all sides surrounds. Füllstandsmeßgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das reflektierende Teilstück eine reflektierende Oberfläche aufweist, die mit der Füllgutoberfläche in einer Ebene liegt.Level measuring device according to one of the preceding Claims in which the reflective section is a has reflective surface with the Product surface lies in one plane.
    EP98122614A 1998-11-27 1998-11-27 Filling level gauge Ceased EP1004858A1 (en)

    Priority Applications (5)

    Application Number Priority Date Filing Date Title
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